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半导体泵浦固体雷射器

2018-06-16 23:21:12 百科
半导体泵浦固体雷射器

半导体泵浦固体雷射器

半导体泵浦固体雷射器(Diode Pump Solid State Laser),是一种用半导体固体雷射材料作为工作物质的新型雷射器。半导体泵浦固体雷射器近年来国际上发展很快,套用也非常广泛。

这是一种高效率、长寿命、光束质量高、稳定性好、结构紧凑小型化的第二代新型固体雷射器,已在空间通讯,光纤通信,大气研究,环境科学,医疗器械,光学图象处理,雷射印表机等高科技领域有着独具特色的套用前景。

基本介绍

  • 中文名:半导体泵浦固体雷射器
  • 外文名:Diode Pump Solid State Laser
  • 优势:低功耗
  • 典型波长:635nm

简介

该类型的雷射器利用输出固定波长的半导体雷射器代替了传统的氪灯或氙灯来对雷射晶体进行泵浦,从而取得了崭新的发展,被称为第二代的雷射器。这是一种高效率、长寿命、光束质量高、稳定性好、结构紧凑小型化的第二代新型固体雷射器,已在空间通讯,光纤通信,大气研究,环境科学,医疗器械,光学图象处理,雷射印表机等高科技领域有着独具特色的套用前景。

套用

半导体泵浦固体雷射器的发展与半导体雷射器的发展是密不可分的。1962年,第一只同质结砷化镓半导体雷射器问世,1963年,美国人纽曼就首次提出了用半导体做为固体雷射器的泵浦源的构想。但在早期,由于二极体的各项性能还很差,作为固体雷射器的泵浦源还显得不成熟。直到1978年量子阱半导体雷射器概念的提出,以及八十年代初期MOCVD 技术的使用及应变数子阱雷射器的出现,使得半导体泵浦固体雷射器的发展步上了一个崭新的台阶。在进入九十年代以来,大功率的半导体泵浦固体雷射器及半导体泵浦固体雷射器列阵技术也逐步成熟,从而,大大促进了半导体泵浦固体雷射器的研究。
国内半导体泵浦固体雷射器市场化水平已经达到数百瓦,实验室水平已经达到千瓦级。在套用上,大功率半导体泵浦固体雷射器以材料加工为主,包括了常规的雷射加工:主要是材料加工,如雷射标记、雷射焊接、雷射切割和打孔等,结构紧凑、性能良好、工作可靠的大功率半导体泵浦固体雷射打标机产品系列已经在国内得到了规模套用,在国外,千瓦级的半导体泵浦固体雷射器已有产品,德国、美国汽车焊接就已经用到了千瓦级半导体泵浦固体雷射焊剂机,在原理和技术方案上半导体泵浦固体雷射器定标到万瓦都是可行的,主要受限于成本和市场需求的限制。二倍频半导体泵浦固体雷射器在微电子行业、三倍频半导体泵浦固体雷射器在雷射快速成型领域都得到了广泛套用。
除材料加工外,大功率半导体泵浦固体雷射器还可以用于同位素分离(二倍频、绿光)、雷射核聚变、科学研究、医疗、检测、分析、通讯、投影显示以及军事国防等领域,具有极其重要的套用价值。

类别

半导体泵浦固体雷射器的种类很多,可以是连续的、脉冲的、调Q的,以及加倍频混频等非线性转换的。工作物质的形状有圆柱和板条状的。而泵浦的耦合方式可分为端面泵浦和侧面泵浦,其中端面泵浦又可分为直接端面泵浦和光纤耦合端面泵浦两种结构。
1、端面泵浦固体雷射器
端面泵浦方式最大的优点就是容易获得好的光束质量,可以实现高亮度的固体雷射器。端面泵浦的效率较高。这是因为,在泵浦雷射模式不太差的情况下,泵浦光都能由会聚光学系统耦合到工作物质中,耦合损失较少;另一方面,泵浦光也有一定的模式,而产生的振荡光的模式与泵浦光模式有密切关係,匹配的效果好,因此,工作物质对泵浦光的利用率也相对高一些。
正是由于端面泵浦方式效率高、模式匹配好、波长匹配的优点在国际上发展极为迅速,已成为雷射学科的重点发展方向之一。它在雷射打标、雷射微加工、雷射印刷、雷射显示技术、雷射医学和科研等领域都有广泛的用途,具有很大的市场潜力。
2、侧面泵浦固体雷射器
侧面泵浦(Side Pump)固态雷射器雷射头是由三个二极体泵浦模组围成一圈组成泵浦源,每个泵浦模组又由3个带微透镜的二极体线阵组成。每个线阵的输出功率平均为20W输出波长为808nm。该装置採用玻璃管巧妙地设计了泵浦腔和製冷通道。玻璃管的表面大部分镀有808nm的高反膜,剩余的部分呈120°镀有三条808nm增透膜,这样便形成了一个泵浦腔。半导体泵浦源发出的光经过三对光束整形透镜会聚到这三条镀增透膜的狭长区域内,然后透过玻璃管的管壁,被晶体吸收。由于玻璃管大部分区域镀有高反膜,使得泵浦光进入泵浦腔以后,便在其中来回的反射,直至被晶体充分地吸收,而且在晶体的横截面上形成了均匀的增益分布。
同时玻璃管还能用于製冷,高速通过的冷却水将产生的热量迅速带走。晶体採用的是一根複合结构的Nd:YAG棒,有效尺寸为j3*63mm,掺杂浓度为1.5at.%.当泵浦光功率为180W时,得到了72W的雷射输出。光光转换效率高达40%。

优势

1、低功耗:传统的灯泵浦雷射器的转换效率大约只有3%左右,泵浦灯的发出的能量大部分转换成了热能,造成了极大的能源浪费。而半导体泵浦固体雷射器所用的二极体发出固定的,被雷射晶体吸收的808nm波长的雷射,光光转换效率可高达40%以上,大大减少了运行成本。
2、性能可靠、寿命长:雷射二极体的寿命大大长于闪光灯,达15000小时以上,闪光灯的寿命只有300—1000小时。雷射半导体的泵浦能量稳定性好,比闪光灯泵浦优一个能量级,性能可靠,可製成全固化器件。运行寿命长,成为至今为止唯一无需维护的雷射器,尤其适用于大规模生产线。
3、输出光束质量好:由于半导体泵浦雷射的高转换效率,减少了雷射工作物质的热透镜效应,大大改善了雷射器的输出光束质量,雷射光束质量已接近理论极限。

特性

1、採用半导体泵浦源和德国高速标记振镜头,光电转化效率高、光束质量好。
2、採用全数位化雷射标记和独特的雷射选模及深雕技术,确保了设备具有极高的稳定性、精确性和友好的操作性。并可选配自动测焦和调焦系统,满足多样化打标需求。
3、周到的防护设计:缺水保护,雷射谐振腔光路和雷射腔腔体双重密封,防潮装置,防长出光装置。
4、多样的外围装置设计:自动上、下料系统,旋转标记转台,排风除尘系统,雷射防护罩及灯光警示装置。
5、光路预览功能,焦点指示功能:在雷射的光轴上叠加了可见红光,用于指示雷射束的位置,实现对打标範围的预览。增加了指示对焦红光,直观方便的实现了对焦功能。

波长

典型波长:635 nm,650 nm,660 nm,670 nm,690 nm,780 nm,830 nm,860 nm,915 nm,940 nm及1064 nm,1310 nm,1480 nm,808 nm,532 nm. 在工业雷射设备中套用最多的波长的半导体雷射器是。1064 nm,532 nm,808 nm等波长段的。
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